Во времена императора Константина I Великого над могилой была возведена церковь св. Агнии, где находится мозаичное изображение святой, относящееся к VI в.; по преданию, церковь была построена на могиле Агнии в честь исцеления дочери Константина Констанции. Существует и более древнее (IV в.) скульптурное изображение Агнии в мраморе. При папе Гонории I (ум. в 638 г.) эта церковь была перестроена. В Риме существует другая церковь, освящённая во имя Агнии, построенная на предполагаемом месте тюрьмы, в которую была заключена мученица. В этой церкви ежегодно в день памяти Агнии папа благословляет ягнят, из шерсти которых делается паллиум (омофор), вручаемый папой вновь поставляемым архиепископам. Часть мощей Агнии была перевезена в Утрехт (Нидерланды), где первое их обретение, бывшее около 964 г., праздновалось 3 марта (второе перенесение – 1421 г.). В Париже перенесение мощей Агнии в храм св. Евстахия празднуется в четвёртое воскресенье после Пасхи. Агния является покровительницей молодых девушек, а также садовников; её Житие, вошедшее в популярный средневековый сборник «Золотая легенда», известно на всех европейских языках и в духовных стихах. Накануне дня памяти Агнии в народе практикуются гадания, в частности, в Англии девушки в этот день пытаются узнать о своих будущих супругах. Изображения Агнии, одни из самых ранних в иконографии святых мучениц, есть уже на донцах стеклянных чаш IV–V вв. (музеи Ватикана, Болоньи), найденных преимущественно в Риме (некоторые – из катакомб Сант-Аньезе): Агния представлена в позе оранты, в богатых одеждах патрицианки, с волосами, убранными в причёску (иногда с покрытой головой), и с серьгами в ушах. В средневековом искусстве Агния изображалась, как правило, с покрытой головой или в драгоценном венце, являющемся символом награды за мученический подвиг и указывающем на знатное происхождение святой. Атрибутами Агнии являются: агнец (впервые на мозаике северной стены центрального нефа в базилике Сан-Аполлинаре-Нуово в Равенне, 556 или 569 гг.; на флавеллуме из Турнюса, начало IX в. (музей Барджелло, Флоренция); в Соборе святых в «Маэста» Дуччо ди Буонинсеньи, 1311 г. (собор в Сиене); среди святых жён в центральной части «Гентского алтаря» братьев Ван Эйк, первая четверть XV в.; церковь св. Бавона в Генте); пальмовая ветвь (витраж конца XIII в., церковь св. Дионисия в Эслингене); лилия и виноградная лоза (утраченная фреска в оратории Сан-Сильвестро в церкви Сан-Мартино-аи-Монти в Риме, XIII в.); меч или кинжал – орудие мученичества. Сохранились многочисленные изображения Агнии в римских церквах: мозаика в апсиде Сант-Аньезе-фуори-ле-мура (625-638 гг.), с предстоящими, в рост; фреска в церкви Санта-Мария-Антиква (817–824 гг.); фреска в оратории Сан-Сильвестро (около 844 г.), с жемчужным венцом в руках, вместе с другими святыми жёнами предстоит Богоматери; мозаика в базилике Санта-Прасседе, начало IX в.; фреска в Санта-Мария-Антиква (X в.), погрудное изображение в медальоне; мозаика в капелле св. Лаврентия в Латеране (1215–1227 гг.). Циклы изображений со сценами жизни, чудес и мучений Агнии сохранились в церкви Санта-Мария-ди-Донна-Реджина в Неаполе (середина XIV в.); в церкви Сан-Теодоро в Павии (начало XVI в.), а также были широко распространены в искусстве Западной Европы XV–XIX вв. (картины Г. Давида, Тинторетто, Х. Риберы, Доменикино, Мурильо).